Новый способ стабилизации термоядерной плазмы нового поколения

Эти альфа-частицы даже горячее, чем топливо, и обладают такой большой энергией, что могут приводить в движение собственные альвеновские моды, позволяющие частицам покинуть реакционную камеру, прежде чем они смогут нагреть плазму. Понимание этих волн и того, как они помогают ускользать альфа-частицам, является ключевой темой исследований в области термоядерного синтеза.

Если в реакционной камере возбуждаются только одна или две из этих волн, влияние на альфа-частицы и их способность нагревать топливо ограничивается. Однако теоретики в течение некоторого времени предсказывали, что при возбуждении многих из этих волн они могут вместе выбросить множество альфа-частиц, подвергая опасности стенки камеры реактора и эффективный нагрев топлива.Недавние эксперименты, проведенные на Национальном термоядерном комплексе DIII-D, которым General Atomics управляет для Министерства энергетики США (DOE) в Сан-Диего, выявили доказательства, подтверждающие эти теоретические предсказания. Потери до 40 процентов частиц высоких энергий наблюдаются в экспериментах, когда многие альвеновские волны возбуждаются ионами пучка дейтерия, используемыми для моделирования альфа-частиц и ионов пучка более высоких энергий в термоядерном реакторе, таком как ИТЭР, который сейчас строится в юг Франции.

После этого исследования физики Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) при Министерстве энергетики США создали количественно точную модель воздействия этих альвеновских волн на высокоэнергетические пучки дейтерия в токамаке DIII-D. Они использовали коды моделирования под названием NOVA и ORBIT, чтобы предсказать, какие альфвеновские волны будут возбуждены, и их влияние на удержание частиц высоких энергий.

Исследователи подтвердили предсказание моделирования NOVA, что более 10 нестабильных альфвеновских волн могут быть возбуждены пучками дейтерия в эксперименте DIII-D. Кроме того, в количественном соответствии с экспериментальными результатами, моделирование предсказало, что до 40 процентов энергичных частиц будут потеряны. Моделирование впервые продемонстрировало в этом типе высокоэффективной плазмы, что количественно точные прогнозы могут быть сделаны для влияния множественных альвеновских волн на удержание энергичных частиц в токамаке DIII-D.«Наша команда подтвердила, что мы можем количественно предсказать условия, при которых термоядерные альфа-частицы могут быть потеряны из плазмы, на основе результатов, полученных при моделировании экспериментов DIII-D», — сказал Геррит Крамер, физик-исследователь PPPL и ведущий автор статья с описанием результатов моделирования в майском номере журнала Nuclear Fusion.

Совместные результаты ознаменовали потенциально большой прогресс в понимании этого процесса. «Эти результаты показывают, что теперь у нас есть четкое представление об отдельных волнах, возбуждаемых энергичными частицами, и о том, как эти волны работают вместе, чтобы вытеснить энергичные частицы из плазмы», — сказал физик Раффи Назикян, глава отдела ИТЭР и токамаков в PPPL и руководитель лаборатории коллаборации с DIII-D.Модель NOVA + ORBIT также показала, что определенные условия плазмы могут значительно уменьшить количество альфвеновских волн и, следовательно, снизить потери энергичных частиц.

Такие волны и производимые ими потери можно было бы минимизировать, если бы профиль электрического тока в центре плазмы мог быть расширен, согласно анализу, представленному в научной статье.Эксперименты по проверке этих идей по снижению потерь энергичных частиц будут проведены в следующей исследовательской кампании на DIII-D. «Новая модернизация установки DIII-D позволит исследовать улучшенные плазменные условия», — сказал Назикян. «Предлагаются новые эксперименты для доступа к условиям, предсказываемым теорией, для уменьшения потерь энергичных частиц, что имеет важное значение для оптимальной конструкции будущих реакторов».


Портал обо всем